Реферат: Обґрунтування параметрів вібродії на мікросорбційний простір вугілля для ефективної десорбції газу

Частота дії, Гц

3–33000

3–33000

Радіус ефективної дії, м

2–5

2–5

Амплітуда дії, кПа

5–10

5–10

Тривалiсть дії, год.

0,5–1,5

6–57

Кількість вібросвердловин у забої виробки, шт

3 та більше

3 та більше

Методику виконання гірничо-експериментальних робіт з газодинамічного розвантаження мікросорбційного простору вугільного пласта за допомогою вібраційної дії при проведенні підготовчих виробок було ухвалено МакНДІ і секцією Центральної комісії з викидів.

Дані розробки з уточнення параметрів вібраційного способу зниження викидонебезпечності включені у виді уточнень у нормативний документ “Правила ведення гірських робіт на шарах, схильних до газодинамічних явищ”.

Розроблені рекомендації з оцінки параметрів ефективності заходів щодо зниження викидонебезпечності і поліпшенню умов дегазації вуглепородного масиву, включені в ТЕО ВАТ “Автоматгірмаш ім.В.А. Антипова” та увійшли в рамках елементів модуля в галузеву програму “Модульно-адаптивна прогностична система керування вугільною шахтою”, затвердженої міністром вугільної промисловості і Донецькою обласною державною адміністрацією.

Обґрунтованість і вірогідність наукових положень, висновків і рекомендацій, отриманих у дисертації, підтверджується коректністю постановки задач, використанням класичних апробованих методів молекулярної механіки і динаміки, рішенням тестових задач, задовільної (до 95%) збіжністю результатів рішення тестових задач з даними експериментальних досліджень методами інфрачервоної спектроскопії, ядерного магнітного резонансу а також сейсморозвідки.

ВИСНОВКИ

Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, в якій шляхом встановлення закономірностей сорбційної взаємодії молекул метану з мікроструктурою вугілля та взаємозв’язку конформаційних перебудов у вугільній речовині з параметрами дифузії метану отримано нові наукові результати в галузі геомеханіки, які полягають в обґрунтуванні параметрів багаточастотної вібраційної дії для підвищення ефективності та безпеки ведення підготовчих виробок на пластах, схильних до раптових викидів вугілля та газу.

Основні наукові і практичні результати роботи полягають у наступному.

1. На основі аналізу та узагальнення експериментальних досліджень про молекулярну і мікропористу структуру вугілля побудовано модель мікросорбційного простору вугілля з його візуалізацією, що дозволяє розраховувати енергетичні і геометричні характеристики міжатомної взаємодії для різних ступенів метаморфізму вугілля.

2. Побудовано модель мікропори вугільної речовини, в якості якої було прийнято молекули фулеренів, які являють собою сфери діаметром від 7 до 22 Å, та складаються з атомів конденсованого ароматичного вуглецю. Також побудовано моделі міжпорового простору вугілля різного ступеню метаморфізму, які складаються з 4-5 графітоподібних шарів по 5-7 кластерів у кожному шарі. На основі моделювання методом молекулярної механіки і динаміки та подальшого порівняння з експериментальними спектрами інфрачервоної спектроскопії показано, молекулярна механіка з використанням силового поля ММ+ адекватно описує взаємодію у вугільній речовині: відхилення отриманих значень від експериментальних даних не перевищує 7%.

3. Уперше встановлено, що рух молекул метану в мікропорах вугілля має характер коливань, властиві частоти яких експоненціально зменшуються з 45 до 15 ГГц при збільшенні діаметра мікропори з 12 до 22 Å, та не залежать від кількості метану в мікропорах вугілля.

4. Розроблено фізичну модель, математичний алгоритм і програму чисельного розрахунку оцінки вібраційної післядії на мікросорбційний простір вугілля, що базується на конформаційному механізмі деформування структури вугілля і дозволяє розраховувати енергії конформаційних переходів у вугільній речовині при різних параметрах вібраційної дії.

5. Встановлено, що закономірності зміни мікроструктури вугілля при вібродії обумовлені конформаційними переходами в молекулярній структурі вугілля, які представляють собою перебудову вуглецевих ланцюгів аліфатичної бахроми в графітоподібних шарах вугільної речовини, які характеризуються енергією активації, яка складає 5 – 400 кДж/моль, і часом релаксації молекулярної структури вугілля, що знаходяться в показовій залежності від енергії активації, що дозволило встановити зв'язок між енергією активації конформаційних переходів і зміною міжшарової відстані у вугіллі, яка має характер лінійної залежності.

6. Встановлено, що вібраційний вплив на вугільний пласт за допомогою індуціювання релаксаційних процесів у молекулярній структурі вугільної речовини, дозволяє досягати енергетичних бар'єрів активації конформаційних переходів у структурі вугілля, за рахунок чого збільшується відстань між графітоподібними шарами, і, як наслідок, у 1,5 – 4 рази відбувається підвищення коефіцієнта твердотільної дифузії молекул метану в міжпоровому просторі вугільної речовини, що дозволяє здійснювати ефективну десорбцію газу.

7. Визначено ефективні частоти вібродії на мікросорбційний простір вугільного масиву, які для моделі вугільної речовини із вмістом вуглецю 89,10% складають значення порядку 3, 370 та 3,3*104 Гц для глибини залягання пласта 1000 м, тривалість дії на частоті 3 Гц при амплітуді дії 7 кПа з радіусом віброобробки 5 м склала порядку 5 год.

8. Залежність ефективної частоти віброобробки на мікросорбційний простір вугільного масиву від глибини залягання вугільного шару носить характер зростаючої експонентної функції, і в інтервалі глибин 400 – 1400 м зростає для вугілля зі змістом вуглецю 89,1% з 1,5 до 13 Гц.